魯 偉，史大勇，李東虎

（邯寶鋼鐵有限公司焦化廠，河北 邯鄲 056015）

1 概要

邯寶焦化廠煤氣處理量10.56 萬m3，煤氣經(jīng)過真空碳酸鉀工藝脫硫后將酸汽（含H2S 達60%以上）送至WSA 制酸工序，酸汽量約500m3/h ～600m3/h,該裝置采用丹麥托普索公司的WSA 濕法制硫酸工藝，用于回收脫硫再生系統(tǒng)產(chǎn)生的含硫化氫酸性氣體并將其轉(zhuǎn)化為硫酸。通過該裝置的處理，酸性氣體被回收并制得硫酸，同時產(chǎn)出副產(chǎn)品：蒸汽。制酸工藝從開工至今，遇到鍋爐爆管、轉(zhuǎn)化器底部泄露、過程氣系統(tǒng)系統(tǒng)阻力變大、MCU 腐蝕、給水系統(tǒng)不穩(wěn)定等各類問題。

2 工藝流程

來自脫硫工段的含H2S 酸性氣體送至焚燒爐中燃燒，產(chǎn)生SO2氣體，經(jīng)廢熱鍋爐冷卻后進入氨注入器，混合氨氣后，過程氣進入SCR 反應(yīng)器,在催化劑的作用下，將過程氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮氣，隨后過程氣進入SO2轉(zhuǎn)化器，過程氣依次通過兩段催化床層，將SO2催化氧化為SO3。由于該反應(yīng)高度放熱，需經(jīng)過床間冷卻器和過程氣冷卻器冷卻移走熱量。在轉(zhuǎn)化器底部，酸霧控制器來的二氧化硅晶核噴射進工藝管道，與過程氣一起進入WSA 冷凝器。在WSA 冷凝器的玻璃管程中，冷空氣和過程氣進行熱交換并在晶核的作用下氣態(tài)硫酸被凝結(jié)為液態(tài)硫酸，制得96wt.%～98wt.%的硫酸。鍋爐水通過廢鍋、床間冷卻器、過程氣冷卻器與過程氣進行熱交換，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的熱量平衡，鍋爐產(chǎn)高壓5Mpa 蒸汽經(jīng)減溫減壓裝置得到溫度＞170℃，壓力0.7MPa（表壓）的低壓蒸汽并入廠區(qū)管網(wǎng)。

3 存在的問題及解決方案

WSA 制酸系統(tǒng)開工至今遇到很多問題，在摸索中對各系統(tǒng)均進行了改造及優(yōu)化，以下是遇到的問題及解決辦法。

3.1 二氧化硫轉(zhuǎn)化器底部腐蝕

WSA 制酸開工1 年后，二氧化硫轉(zhuǎn)化器底部開始出現(xiàn)腐蝕，泄露出腐蝕性氣體，對安全及環(huán)保造成影響，被迫停工后，打開人孔檢查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化器底部內(nèi)壁腐蝕嚴重，從近一年的工藝數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器出口的過程氣出口管壁溫度時常會低于270℃，經(jīng)分析認為原因有：一是轉(zhuǎn)化器處保溫不完全且不密實，且未達到設(shè)計要求的30cm，不能保證此處的溫度高于270℃，二是受鍋爐系統(tǒng)設(shè)備影響、脫硫停工等因素影響，停開工頻繁，三是制酸停工趕硫操作過快，未按照要求的將酸汽完全引出后保持爐溫3 個小時后再開始逐步降溫，制酸開工引酸汽時未嚴格要求分批逐步引入酸汽的要求；以上均造成轉(zhuǎn)化器底部溫度低于硫酸露點溫度（251℃），硫酸的露點溫度，是指煙氣中含有硫酸的蒸汽開始凝結(jié)時的溫度。硫酸氣體冷凝成液體后腐蝕管壁，造成泄漏。

解決辦法：按照設(shè)計要求重新對該處進行保溫，達到設(shè)計要求的30cm，保證出口管壁溫度在270℃以上；對鍋爐系統(tǒng)的給水自調(diào)閥、液位計等設(shè)備進行改造維護，通過對脫硫進行改造酸氣管道及工藝操作優(yōu)化，縮短了脫硫停工周期，減少制酸頻繁停開工頻率。同時優(yōu)化停開工操作：停工時保溫3h 后再逐步降溫及開工時引酸汽時在轉(zhuǎn)化器出口溫度達到260℃后，方可分批次引酸汽。

3.2 鍋爐爆管

2015 年3 月份制酸設(shè)備進行了一次升級改造，停車時間近半年，待恢復(fù)開車運行一周后，廢熱鍋爐后溫度由430℃降至405℃，進SCR 和SO2轉(zhuǎn)化器溫度均低于要求的工藝指標，同時酸中間槽液位不正常上漲，酸濃度由98%緩慢下降，出酸冷卻器后硫酸溫度由55℃慢慢漲至65℃，停工降至常溫，置換氣體后進人查看發(fā)現(xiàn)廢熱鍋爐爐管爆管4 根。

針對該套鍋爐系統(tǒng)，鍋爐爐管泄露的原因可分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕，外腐蝕原因主要有：

（1）低溫腐蝕：主要是因為過程氣溫度低于煙氣的露點溫度。

（2）潮濕腐蝕：多發(fā)生在鍋爐的停用期間。如停爐時有水汽進入爐管又不及時清出潮濕的灰渣，灰渣埋蓋的爐管就會產(chǎn)生腐蝕。

鍋爐內(nèi)腐蝕的原因主要有：

（1）補水系統(tǒng)氧腐蝕：當鍋水中有溶解氧時能造成鍋爐元件的腐蝕，氧腐蝕一般表現(xiàn)為點狀或潰瘍狀腐蝕。金屬表面多有腐蝕產(chǎn)物，鼓凸圓錐狀鐵銹的內(nèi)層是黑色的四氧化三鐵。

（2）酸性腐蝕：在給水系統(tǒng)、鍋爐內(nèi)部中均可產(chǎn)生。供精脫水的工藝采用氫一鈉離子交換系統(tǒng)處理水，水經(jīng)氫離子樹脂交換后，得到軟化，但呈酸性；交換劑再生時，也要用5%濃度的鹽酸或2%濃度的硫酸作為再生劑。以上的交換和再生操作如有不慎，就有可能使酸性水進入鍋爐，從而造成酸腐蝕。酸性腐蝕的特征大多是均勻腐蝕，又容易在鍋爐內(nèi)形成鐵垢及產(chǎn)生垢下腐蝕。

（3）停運期氧腐蝕鍋爐停用時如果未實施停爐保護或措施不當，就會發(fā)生鍋爐的停用腐蝕。停爐時由于爐內(nèi)水排放不凈，密封不嚴，整個系統(tǒng)就會充滿潮濕的空氣，所有部位都會在短期內(nèi)發(fā)生大面積的氧腐蝕，使系統(tǒng)表面生成一層松軟的鐵氧化物。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)爐管外部無腐蝕痕跡，切開漏點后判斷為內(nèi)部腐蝕。

查看崗位3 月份前的水質(zhì)化驗記錄：除鹽水含氧無法化驗；其他鍋爐水質(zhì)指標均達標；除氧器溫度在95℃～98℃波動，未達到工藝要求的104℃；查看改造升級期間的廢鍋、汽包維護記錄，發(fā)現(xiàn)僅是注滿水，沒有按照長期維護停備用設(shè)備的要求去維護鍋爐系統(tǒng)。

解決辦法：為保制酸的開工運行，按照要求，爐管泄露低于4%的情況下可以進行封堵使用，設(shè)備室聯(lián)系廢鍋廠家對泄露的爐管進行封堵，試壓正常后投用；對鍋爐水質(zhì)化驗嚴格進行把控，針對無法化驗除鹽水含氧的問題，聯(lián)系能源中心，每天送一次水樣化驗，同時恢復(fù)除氧器的溫度自控，控制溫度在104℃，將除鹽水含氧控制在15ug/l 以下；針對一周以內(nèi)的檢修可通蒸汽保壓來防止鍋爐腐蝕，但超過一周以上停爐必須鍋爐長時間檢修須注滿除氧合格后的水，并維持給水壓力在0.5Mpa ～1Mpa之間，每天取樣化驗溶解氧是否合格或?qū)t管烘干后，充干燥的氮氣（壓力0.3MPa 左右，純度99.9%），可較長時間防止腐蝕避免造成鍋爐泄露事故。

3.3 過程氣系統(tǒng)阻力增大

2016 年1 月份制酸燃燒空氣風(fēng)機間斷性出現(xiàn)喘息的情況，風(fēng)壓及流量波動，真空泵后酸汽管道壓力高達30kpa（剛清洗完酸汽管道，酸汽流量為560m3/h），倒燃燒空氣風(fēng)機后該情況沒有好轉(zhuǎn)及改變，且切換至另一條酸汽管道及同時投用兩條酸汽管道后酸汽壓力未降至正常的10kpa 左右。

按照脫硫塔前硫化氫5g/m3，塔后180mg/m3計算產(chǎn)98%的硫酸約為1.5t/h，但實際產(chǎn)酸量為不到1t/h，同時煙囪酸霧含量超過工藝要求的20ppm，因催化劑第一層壓降表損壞無法判斷是否阻力過高，且SCR 反應(yīng)器段壓降表為800pa，符合工藝要求的1000pa，隨后停工降溫進行對系統(tǒng)進行檢查。

解決辦法：按檢修安全要求將系統(tǒng)置換合格后進人查看SO2轉(zhuǎn)化器第一層催化劑，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器入口處催化劑粉化嚴重，并出現(xiàn)板結(jié)情況，另打開SCR 反應(yīng)器段人孔，發(fā)現(xiàn)該段催化劑脫落堵住反應(yīng)器下部的過程氣管道彎頭處；由此可判斷轉(zhuǎn)化器第一層催化劑粉化板結(jié)和SCR 催化劑脫落堵住過程氣彎頭處是造成系統(tǒng)阻力的主要原因。而造成催化劑粉化板結(jié)和進水軟化脫落的原因為2015 年10 月廢鍋爆管后未及時排查催化劑是否被水汽浸透并進行處理，聯(lián)系廠家采購催化劑并更換后系統(tǒng)阻力正常，同時為保證煙囪尾氣達標及SO2的轉(zhuǎn)化率，每三年定期更換催化劑。

3.4 酸汽管道阻力大

脫硫真空泵后酸汽管道經(jīng)過酸汽捕霧器和Y 型過濾器、阻火器進入焚燒爐燃燒，剛開工運行1 年后，酸汽管道壓力達到儀表顯示上限52Kpa（工藝要求小于35kpa），停工后由化學(xué)清洗隊伍用熱堿清洗酸氣管道，清洗出來的均為焦油殘渣、洗油、銨、副鹽等多種雜質(zhì)，隨著系統(tǒng)的運行平均每兩月進行清洗一次，特別是在夏季時候一個月就需要停工進行清理一次，每次停工都對公司煤氣平衡造成影響，并造成制酸系統(tǒng)停工。

解決辦法：為減少停工頻率，在真空泵后至酸汽捕霧器段新增一套DN250 的管道，且該段加一個氣液分離器，定期排出管道內(nèi)積液和可流動性雜質(zhì)，排放至脫硫放空槽；為減少真空泵后酸汽的雜質(zhì)夾帶，必須控制好進脫硫塔煤氣的指標，要求焦油≤30mg/m3、硫銨≤30mg/m3、苯≤4g/m3，工藝指標要求初冷器后煤氣溫度20℃～22℃，洗苯塔后煤氣溫度28℃～30℃，且脫硫塔前水封排液無明顯顏色，再生系統(tǒng)分離器后酸汽溫度≤33℃。對進焚燒爐的酸氣管道加蒸汽伴熱及保溫，將萘、油等遇熱不易堵的物質(zhì)送至焚燒爐燃燒。經(jīng)過改造后，酸氣管道化學(xué)清洗周期為6 ～8個月一次。

3.5 系統(tǒng)熱量不足

在開工初期，廢鍋出口溫度達不到工藝要求的430℃，無法將熱量帶至后續(xù)系統(tǒng)，進二氧化硫轉(zhuǎn)化器的過程氣溫度低于指標要求392℃，容易生成重硫酸鹽，在催化床富集，影響VK 系列催化劑活性，在實際操作時，將兩臺煤氣增壓機頻率調(diào)至最大頻率50Hz，煤氣量還是無法滿足后續(xù)溫度的工藝要求，且變頻滿負荷運行易造成設(shè)備過載燒壞。

解決辦法：在開工初期，通過用耐火泥堵廢鍋爐管的辦法減少換熱面積將熱量帶到后續(xù)，但進轉(zhuǎn)化器過程氣溫度只是由372℃漲至385℃，在2016 年采取將冷空氣冷卻WSA 冷凝器換熱后的230℃空氣引至燃燒空氣風(fēng)機入口，以提高燃燒用空氣溫度，這樣改造后燃燒空氣溫度能在大氣常溫至130℃之間進行調(diào)整，經(jīng)過改造，進二氧化硫轉(zhuǎn)化器的過程氣溫度控制在指標要求的392℃～410℃之間。

3.6 酸霧控制單元（MCU）腐蝕

酸霧控制器主要是將硅油晶核噴射進過程氣工藝管道，和含SO3和硫酸蒸汽的過程氣結(jié)合生成硫酸細液滴，在WSA 冷凝器的玻璃管程中冷凝下來，在開工運行4 年后，MCU 進過程氣段管道受轉(zhuǎn)化器底部腐蝕影響，造成硫酸氣體冷凝后反串進MCU 設(shè)備中，造成設(shè)備腐蝕。

解決辦法：MCU 進過程氣的氣體溫度控制在280℃～320℃，主要是為防止低溫氣體和過程氣接觸后生成低于硫酸露點的硫酸液體，造成設(shè)備腐蝕，同時在酸霧含量能達到工藝要求時在不使用MCU 期間必須關(guān)閉進過程氣的閥門和開啟壓縮氣體吹掃，防止腐蝕MCU。

3.7 給水系統(tǒng)優(yōu)化

從開工至今，給水系統(tǒng)是制約制酸系統(tǒng)穩(wěn)定的一個重要因素，鍋爐汽包水位控制采用的是單通量，主要就是通過汽包液位來控制給水量，在運行過程中經(jīng)常遇到給水反饋滯后、對蒸汽負荷變化不靈敏及無法克服虛假液位的干擾；受外圍供給的精脫水影響，供給系統(tǒng)的精脫水壓力在0.2Mpa ～0.4Mpa 之間波動，且制酸裝置在精脫水管網(wǎng)的末端，在壓力低及用戶多的情況下，經(jīng)常出現(xiàn)除氧槽液位報警，水位頻繁波動，影響給水除氧效果，嚴重會因汽包水位低造成制酸系統(tǒng)停工。

解決辦法：對鍋爐汽包水位控制改為三通量控制，三沖量分別是汽包液位、給水流量、蒸汽流量，經(jīng)PID 計算來調(diào)節(jié)給水閥門開度，從而自動控制汽包液位。其中汽包液位是主調(diào)量，蒸汽流量是副調(diào)量，給水流量是前饋。為解決除氧水壓力不足及用戶多的問題，增加精脫水水罐，體積為20m3，由水罐供水給除氧槽，可供該套鍋爐系統(tǒng)在停水狀態(tài)下使用3 個小時，且能穩(wěn)定進除氧器的水量，為保證除氧效果提供了條件。

4 總結(jié)

通過以上的設(shè)備定修、改造及對重點工藝數(shù)據(jù)的把控，穩(wěn)定了WSA 制酸的運行，制酸開車率達98%，產(chǎn)酸量達40t/d，為實現(xiàn)公司節(jié)能減排做出了重要貢獻。